1948年，剛從美國(guó)海軍退伍的馬里蘭大學(xué)年輕教師韋伯（Joseph Weber）找到伽莫夫，自我介紹是微波技術(shù)專(zhuān)家，詢(xún)問(wèn)是否有合適的課題讓他研修一個(gè)物理博士學(xué)位。伽莫夫不假思索就回答了“沒(méi)有”。韋伯不得已，后來(lái)輾轉(zhuǎn)進(jìn)入了探測(cè)引力波領(lǐng)域（參看《捕捉引力波背后的故事》（3））。
微波是無(wú)線(xiàn)電頻譜中的一部分。二戰(zhàn)之后像韋伯這樣的無(wú)線(xiàn)電專(zhuān)家其實(shí)相當(dāng)多，有些還是頗為資深的物理學(xué)家。二戰(zhàn)期間除了原子彈，物理學(xué)家最突出的貢獻(xiàn)大概就是在雷達(dá)、通信技術(shù)上。這些人才回到大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，以各種方式用他們?cè)趹?zhàn)爭(zhēng)中開(kāi)發(fā)或?qū)W會(huì)的技術(shù)開(kāi)拓科研疆界。
伽莫夫當(dāng)時(shí)大概還不知道，他的兩個(gè)弟子阿爾弗、赫爾曼在推算出大爆炸之后的宇宙在今天應(yīng)該有絕對(duì)溫度5度左右的背景溫度后，正在四處尋找微波專(zhuān)家，咨詢(xún)觀(guān)測(cè)這個(gè)大爆炸遺跡的可能性。
1950年代初，英國(guó)、澳大利亞天文學(xué)家注意到他們的無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)可以接收到一些來(lái)自天外的電波。古爾德和霍伊爾率先意識(shí)到這些電波可能來(lái)自非常遙遠(yuǎn)的銀河之外，因?yàn)橛霉鈱W(xué)天文望遠(yuǎn)鏡看不到發(fā)射這些電波的源頭，也就不知道是不是來(lái)自恒星、星系。他們便暫時(shí)把這種來(lái)自天外的電波源頭叫做“類(lèi)星體”（quasar）。這個(gè)詞其實(shí)是華裔物理學(xué)家丘宏義（Hong-Yee Chiu）生造出來(lái)的。
一個(gè)類(lèi)星體的藝術(shù)想象圖
1963年，帕洛瑪山上的桑德奇等人費(fèi)了九牛二虎之力，用海爾望遠(yuǎn)鏡捕獲到一個(gè)與類(lèi)星體吻合的光源，并拍攝到光譜。這個(gè)光譜紅移得更夸張，顯示出光源速度達(dá)47000公里每秒。這一結(jié)果已經(jīng)無(wú)法繼續(xù)用已有的“宇宙距離階梯”測(cè)定其距離，只能通過(guò)哈勃定律由速度倒推其距離大約在幾億光年之外，要比胡馬森看到過(guò)的最遠(yuǎn)星系又遠(yuǎn)了好多倍。
無(wú)線(xiàn)電與可見(jiàn)光一樣也是電磁波，只是處于不同的頻率波段。可見(jiàn)光在宇宙空間旅行時(shí)會(huì)遭到各種星系、塵埃等的吸收和散射，有相當(dāng)?shù)膿p失（這也是哈勃等人根據(jù)光強(qiáng)估算距離的主要誤差來(lái)源）。無(wú)線(xiàn)電信號(hào)則不然，它們?cè)谟钪嬷袔缀鯐承袩o(wú)阻，即使是來(lái)自非常遙遠(yuǎn)的無(wú)線(xiàn)電，在地球上也能接收到。我們現(xiàn)在所稱(chēng)的“射電天文學(xué)”正是因此而誕生的。
類(lèi)星體的發(fā)現(xiàn)給霍伊爾等人的“穩(wěn)定態(tài)”宇宙帶來(lái)了一個(gè)難題：他們的理論精髓就在于“穩(wěn)定”，即宇宙恒定，不像大爆炸理論那樣有個(gè)起點(diǎn)，并逐漸演變。
我們?cè)谟^(guān)察星空、宇宙時(shí)，距離的遠(yuǎn)近也相當(dāng)是時(shí)間的先后。因?yàn)楣鈧鞑サ乃俣仁?0萬(wàn)千米每秒，遠(yuǎn)處的光（或無(wú)線(xiàn)電信號(hào)）傳到我們的地球需要一定時(shí)間，來(lái)自幾億光年之外的信號(hào)便是經(jīng)過(guò)了幾億年的時(shí)間才抵達(dá)。也就是說(shuō)，我們今天看到的類(lèi)星體，實(shí)際上它是幾億年前的一種存在。
那些幾億年前的類(lèi)星體與我們附近的“現(xiàn)代”星系是有著明顯差異的。類(lèi)星體在發(fā)射強(qiáng)烈的無(wú)線(xiàn)電波，但其相應(yīng)的可見(jiàn)光很微弱；而我們已經(jīng)熟悉的星云、星系恰恰相反。如此看來(lái)，就不符合穩(wěn)定態(tài)模型中宇宙時(shí)時(shí)處處一樣的描述。更讓霍伊爾他們頭疼的是，隨后的跟蹤觀(guān)測(cè)還發(fā)現(xiàn)，類(lèi)星體數(shù)目的分布也隨距離而變化：越遠(yuǎn)的地方，類(lèi)星體越多，密度越高。
然而，類(lèi)星體的發(fā)現(xiàn)卻讓大爆炸理論得心應(yīng)手。大爆炸之后的宇宙是隨時(shí)間不斷地演化的，幾億、幾十億年前的宇宙與今天的宇宙大相徑庭。那時(shí)宇宙的溫度高，尚未形成今天常見(jiàn)的星系、恒星。類(lèi)星體大概就是大星系誕生之前或之初的躁動(dòng)，大量的基本粒子在巨大的黑洞周?chē)咚龠\(yùn)動(dòng)、碰撞，發(fā)出強(qiáng)烈的無(wú)線(xiàn)電波。也正是因?yàn)楹阈沁€沒(méi)有大量地形成，所以可見(jiàn)光便相對(duì)地顯得微弱。
越遠(yuǎn)的類(lèi)星體其密度越高是大爆炸的自然結(jié)果：膨脹中的宇宙越早期密度越高，膨脹后密度減低。也就是說(shuō)，膨脹之后“拉開(kāi)”的空間里并沒(méi)有像霍伊爾所想象的那樣出現(xiàn)新的物質(zhì)填充。
類(lèi)星體的發(fā)現(xiàn)擴(kuò)大了人類(lèi)認(rèn)知宇宙的視野，再次揭示天外有天，也讓大爆炸理論在與穩(wěn)定態(tài)模型的僵持中第一次占了上風(fēng)。不久，更強(qiáng)勁的證據(jù)出現(xiàn)了。
普林斯頓大學(xué)的狄克（Robert Dicke）教授感興趣廣義相對(duì)論或宇宙學(xué)，他每星期總有一天和他的學(xué)生海闊天空地討論這方面的課題，直到入夜才一起到小店去喝酒吃披薩。狄克對(duì)大爆炸和穩(wěn)定態(tài)理論都不滿(mǎn)意，因?yàn)檫@兩個(gè)理論的宇宙物質(zhì)都屬于“無(wú)中生有”。他更傾向于弗里德曼描述的“振蕩宇宙”：宇宙是不停地在膨脹、坍縮，如此周期往復(fù)。這樣就是宇宙中的物質(zhì)總是存在著，只是密度在變化。
1960年代中期，霍伊爾和他的同行合作解決了伽莫夫等人沒(méi)能解決的難題：初始宇宙的基本粒子通過(guò)中子俘獲過(guò)程只能產(chǎn)生最簡(jiǎn)單的幾個(gè)原子，到鋰原子以上便出現(xiàn)了“斷鏈”，無(wú)法持續(xù)。霍伊爾等人發(fā)展出一套在恒星內(nèi)部高溫、高壓條件下產(chǎn)生更重的原子的反應(yīng)鏈，解開(kāi)了宇宙萬(wàn)物來(lái)源之謎。不過(guò)，稍重的原子必須在宇宙膨脹后期，即恒星已經(jīng)大量形成之后才能出現(xiàn)稍重的原子。
狄克考慮到，如果宇宙來(lái)回振蕩，這些后期才有的原子在宇宙的坍縮過(guò)程中也必須消失，才能在下一輪膨脹中重新產(chǎn)生。它們之所以必須消失，只能是因?yàn)樘s的宇宙進(jìn)入超高溫狀態(tài)，以至于所有原子都被剝裂，還原為質(zhì)子、中子等基本粒子。他覺(jué)得宇宙的溫度是可以推算的。狄克指導(dǎo)學(xué)生皮布爾斯（Jim Peebles）做了理論計(jì)算，很快得出結(jié)論：宇宙從最初的高溫膨脹開(kāi)始，冷卻至現(xiàn)今的溫度應(yīng)該在絕對(duì)溫度10度左右。
1964年已經(jīng)是阿爾弗和赫爾曼的宇宙溫度約為5度的論文發(fā)表之后的16年，而狄克對(duì)他們的工作完全不知情或者完全忘卻了，他的振蕩宇宙的坍縮過(guò)程其實(shí)就是愛(ài)丁頓、伽莫夫所想象的時(shí)間逆轉(zhuǎn)的宇宙“倒帶”過(guò)程。作為理論模型，二者其實(shí)沒(méi)有區(qū)別。當(dāng)皮布爾斯寫(xiě)好的論文投稿之后，匿名審稿人指出他們不應(yīng)該忽略阿爾弗、赫爾曼等人的工作。
盡管皮布爾斯按匿名審稿人的要求修改了論文，但依然沒(méi)有過(guò)關(guān)。然而此時(shí)的狄克并不太在意，因?yàn)樗麄円呀?jīng)開(kāi)始了下一個(gè)行動(dòng)。
與伽莫夫等人不同，狄克本來(lái)就是實(shí)打?qū)嵉奈⒉夹g(shù)行家，他在1946年發(fā)明的“狄克輻射計(jì)”（Dicke radiometer）是微波天線(xiàn)最常用的接收器。他也是一個(gè)實(shí)驗(yàn)好手，比如他在琢磨宇宙的同時(shí)，用現(xiàn)代化手段重復(fù)了傳說(shuō)中的伽利略比薩斜塔實(shí)驗(yàn)，以超高精度證明物體在引力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)與質(zhì)量無(wú)關(guān)。
狄克著首的下一個(gè)行動(dòng)就是帶著另外兩個(gè)學(xué)生在普林斯頓大學(xué)地質(zhì)系（Guyot Hall）樓頂上裝置微波天線(xiàn)，準(zhǔn)備尋找大爆炸的遺跡。
狄克的兩個(gè)研究生和他們?cè)谄樟炙诡D為探測(cè)宇宙微波背景輻射制作的微波天線(xiàn)
發(fā)生在100多億年之前的大爆炸不可能被直接觀(guān)測(cè)，也無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室中重復(fù)。阿爾弗、赫爾曼以及狄克、皮布爾斯推導(dǎo)出的宇宙溫度則是大爆炸的一個(gè)直接后果，或者說(shuō)“殘留”。狄克認(rèn)為這種“殘留”應(yīng)該能被觀(guān)測(cè)到。
宇宙不是一個(gè)熱平衡的世界——無(wú)數(shù)的恒星內(nèi)部在發(fā)生強(qiáng)烈的熱核反應(yīng)，表面不斷地發(fā)光發(fā)熱。它們的表面溫度至少幾千度，內(nèi)部更是達(dá)到億度的量級(jí)。（注意，在極高溫尺度，絕對(duì)溫度與攝氏度之間已經(jīng)沒(méi)有實(shí)質(zhì)性區(qū)別。）
恒星在廣袤的宇宙中只占據(jù)微不足道的空間，在我們地球人的眼中它們不過(guò)是“點(diǎn)點(diǎn)星光”，其余的廣宇則是一片漆黑死寂的冰冷世界。不過(guò)，早在20世紀(jì)初，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)星星之間并非完全空空如也，而是彌漫著一些不明成分和來(lái)源的氣體或塵埃，并籠統(tǒng)地稱(chēng)之為“星際介質(zhì)”（interstellar medium）。1940年，加拿大天文學(xué)家麥凱拉（Andrew McKellar）還曾觀(guān)察到這些介質(zhì)中居然存在著有機(jī)分子。他測(cè)量到了氰（CN）分子自由基（radical）的旋轉(zhuǎn)光譜，并推算出其能量分布相當(dāng)于絕對(duì)溫度2.4度。假如這些介質(zhì)或分子與其周?chē)h(huán)境處于熱平衡狀態(tài)，那么就可以認(rèn)為這些介質(zhì)所處的空間大約是2.4度的溫度。但是，麥凱拉的數(shù)據(jù)一直到他1960年去世也沒(méi)有引起人們的注意。
阿爾弗、赫爾曼、狄克、皮布爾斯等人所研究的宇宙溫度不是星星、介質(zhì)或分子等一些實(shí)際物體的溫度。在他們的理論模型中，大爆炸伊始的宇宙又熱又稠密，充滿(mǎn)了光輻射和質(zhì)子、中子等基本粒子，互相攪成一團(tuán)。當(dāng)宇宙終于膨脹、冷卻到質(zhì)子與電子可以結(jié)合成穩(wěn)定的氫原子之后，光子才能在宇宙中暢行無(wú)阻———此即所謂宇宙的第一縷光。那時(shí)的光子能量（頻率）非常高，再經(jīng)過(guò)一百多億年的膨脹、冷卻，光子的波長(zhǎng)隨著空間被持續(xù)拉長(zhǎng)，其頻率相應(yīng)地紅移變低。按照他們推算的宇宙到今天的溫度，那些光子應(yīng)該主要源于能量很低的無(wú)線(xiàn)電波段，也就是微波頻段。這些光子——如果存在的話(huà)，應(yīng)該直接來(lái)自大爆炸開(kāi)始的那顆蛋，充滿(mǎn)了那時(shí)還不很大的宇宙。在今天的宇宙中，它們同樣會(huì)均勻地散布在整個(gè)空間，成為宇宙恒定的背景。這就是所謂的“宇宙微波背景”（cosmic microwave background）。
阿爾弗和赫爾曼當(dāng)初在大學(xué)和學(xué)術(shù)會(huì)議上做過(guò)一系列講座，希望能引起微波行家的興趣，尋找探測(cè)這個(gè)宇宙大爆炸的遺跡，但無(wú)人響應(yīng)。人們大都不相信這個(gè)天方夜譚，或者覺(jué)得這樣的微波信號(hào)即使存在也會(huì)太微弱，沒(méi)有希望探測(cè)到。
令阿爾弗和赫爾曼最喪氣的是，他們的導(dǎo)師、向來(lái)喜好“異端邪說(shuō)”的伽莫夫也沒(méi)有買(mǎi)賬他們的理論主張。兩人后來(lái)相繼找到新工作各奔前程，再?zèng)]有繼續(xù)這一課題的研究。伽莫夫也移情別戀，與剛發(fā)現(xiàn)脫氧核糖核酸（DNA）雙螺旋結(jié)構(gòu)的沃森（James Watson）和克里克（Francis Crick）以及費(fèi)曼（Richard Feynman）等人搭伙，試圖破解生命遺傳編碼的秘密。自此，大爆炸理論陷入低迷，阿爾弗和赫爾曼提出的微波背景被人遺忘，直到十來(lái)年后才由狄克、皮布爾斯重新繼續(xù)這個(gè)課題的研究。
說(shuō)來(lái)也巧，就在狄克和他的學(xué)生一切準(zhǔn)備就緒，只待開(kāi)機(jī)探測(cè)尋找大爆炸“殘留”時(shí)，狄克卻接到了一個(gè)意想不到的電話(huà)。
1957年10月4日，蘇聯(lián)成功發(fā)射人類(lèi)第一顆人造衛(wèi)星。為了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，美國(guó)次年倉(cāng)促成立航空航天局（NASA）。他們?cè)噲D發(fā)掘衛(wèi)星的實(shí)用價(jià)值，其嘗試之一是發(fā)射一個(gè)簡(jiǎn)陋的球體，進(jìn)入軌道后在球體內(nèi)部爆炸充氣，使之成為大氣層外的一個(gè)大氣球。氣球的表面涂有一層鋁金屬，可以反射電磁波。他們從西海岸的加州發(fā)射微波信號(hào)，由衛(wèi)星反射回地球表面，被東海岸貝爾實(shí)驗(yàn)室的天線(xiàn)接收，成功地實(shí)現(xiàn)橫跨北美大陸的太空微波通訊。
由于這個(gè)氣球衛(wèi)星是被動(dòng)反射電磁波，能被反射回地球表面的信號(hào)非常微弱。貝爾實(shí)驗(yàn)室為此專(zhuān)門(mén)制作了一個(gè)大型微波天線(xiàn)。這種接收微波的天線(xiàn)與我們所熟悉的衛(wèi)星天線(xiàn)不同，它不是拋物面的圓盤(pán)，而是像早期的方形高音喇叭。天線(xiàn)長(zhǎng)15米，喇叭口6米見(jiàn)方，并以它所在的鎮(zhèn)命名為“霍姆德?tīng)柪忍炀€(xiàn)”（Holmdel Horn Antenna)。天線(xiàn)內(nèi)部探測(cè)微波信號(hào)的正是一個(gè)狄克輻射計(jì)。
不過(guò)，NASA的這個(gè)項(xiàng)目沒(méi)有太長(zhǎng)的壽命，因?yàn)?962年美國(guó)發(fā)射了第一顆正式的通訊衛(wèi)星（Telstar），上面攜帶的電子設(shè)備可以將接收信號(hào)放大了再發(fā)射，地面上也就不需要特制的大天線(xiàn)接收衛(wèi)星信號(hào)了。這樣一來(lái)，霍姆德?tīng)柪忍炀€(xiàn)淪為了閑置。
兩個(gè)剛剛博士畢業(yè)來(lái)到貝爾實(shí)驗(yàn)室的天文學(xué)家彭齊亞斯（Arno Penzias）和威爾遜（Robert Wilson）看中了這個(gè)難得的高靈敏度、低噪音的家伙，他們覺(jué)得可以用它來(lái)普查銀河系的微波分布。
彭齊亞斯（右）和威爾遜在他們使用的貝爾實(shí)驗(yàn)室“霍姆德?tīng)柪忍炀€(xiàn)”前
彭齊亞斯和威爾遜著手天線(xiàn)的校準(zhǔn)，逐個(gè)剔除可能的誤差和環(huán)境噪音。在排除了所有可辨認(rèn)的噪音后，他們被一個(gè)奇怪而頑固的噪音所困擾。這個(gè)噪音無(wú)論白天黑夜都一樣地存在。他們把天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)鄰近繁華的紐約市，然后轉(zhuǎn)到反方向做比較，居然沒(méi)有差別；他們又耐心地跟蹤測(cè)量了幾個(gè)月，讓地球繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)該噪音有任何季節(jié)性的變化。后來(lái)他們仔細(xì)檢查霍姆德?tīng)柪忍炀€(xiàn)，發(fā)現(xiàn)有幾只鴿子在天線(xiàn)里做了窩。于是他們花大功夫?qū)⑻炀€(xiàn)拆開(kāi)，清洗了多年積累的鴿糞（彭齊亞斯稱(chēng)之為“白色的電介質(zhì)物體”）。然而，天線(xiàn)上測(cè)到的信號(hào)依然如故——無(wú)時(shí)不有，無(wú)處不在的噪音。
當(dāng)彭齊亞斯與同行在電話(huà)中傾訴這個(gè)煩惱時(shí)，對(duì)方想起剛聽(tīng)過(guò)皮布爾斯的一個(gè)講座似乎與此有點(diǎn)關(guān)聯(lián)，建議他與普林斯頓的那撥人聯(lián)系求助。彭齊亞斯馬上給狄克打了電話(huà)。狄克放下話(huà)筒時(shí)臉色死灰，當(dāng)即告知他的團(tuán)隊(duì)：“伙計(jì)們，我們被人搶先了。”（“Boys, we've been scooped.”）
貝爾實(shí)驗(yàn)室距離普林斯頓60來(lái)公里。狄克一行駕車(chē)前往，共同分析彭齊亞斯和威爾遜的數(shù)據(jù)。沒(méi)有太多的懸念，他們很快就確定造成這兩個(gè)倒霉蛋近乎瘋狂的噪音便是他們?cè)谄樟炙诡D試圖尋找的宇宙微波背景輻射——大爆炸的余波。（威爾遜在加州理工學(xué)院攻讀博士時(shí)曾聽(tīng)過(guò)霍伊爾的課，對(duì)穩(wěn)定態(tài)模型有些印象，但對(duì)大爆炸理論兩人均不甚了解，而對(duì)于有關(guān)阿爾弗、赫爾曼的宇宙溫度預(yù)測(cè)以及狄克研究組的工作，他倆則完全一無(wú)所知。）
彭齊亞斯和威爾遜測(cè)量到的數(shù)據(jù)信息表明，今天的宇宙背景溫度是絕對(duì)溫度4.2度，與理論預(yù)測(cè)相當(dāng)接近。1978年，他們因?yàn)檫@個(gè)無(wú)意的發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這也是諾貝爾獎(jiǎng)第一次頒發(fā)給與天文觀(guān)測(cè)有關(guān)的貢獻(xiàn)。以往，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)不認(rèn)可天文學(xué)是物理學(xué)的一部分，因此歷史上一些做過(guò)突出貢獻(xiàn)的天文學(xué)家，包括勒梅特、愛(ài)丁頓、哈勃等都與這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)無(wú)緣。
彭齊亞斯和威爾遜曾邀請(qǐng)狄克在他們的論文中作為第三作者。狄克紳士般地謝絕了，他的研究小組另外撰寫(xiě)了一篇論文，與彭齊亞斯和威爾遜的觀(guān)測(cè)報(bào)告同時(shí)發(fā)表，從理論上闡述那便是宇宙大爆炸留下的遺跡。
在領(lǐng)獎(jiǎng)儀式上，彭齊亞斯回顧了伽莫夫、阿爾弗、赫爾曼等人的早期貢獻(xiàn)。對(duì)于已經(jīng)去世的伽莫夫而言，這是他在諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)儀式上收獲的第三次感謝。
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